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高空电磁脉冲作用下配电变压器瞬态响应与失效机理

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中国电机工程学报 2023年第17期43卷 6924-6932页

作者：秦锋王旭桐陈伟聂鑫崔志同毛从光强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(西北核技术研究所) 陕西省西安市710024

高空电磁脉冲通过场线耦合能在广域分布的电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的强电磁脉冲传导环境,对电力设备的安全可靠运行造成严重威胁。为此,该文基于冲击试验方法研究高空电磁脉冲传导环境下典型10kV油浸式配电变压器的响应... 详细信息

高空电磁脉冲通过场线耦合能在广域分布的电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的强电磁脉冲传导环境,对电力设备的安全可靠运行造成严重威胁。为此,该文基于冲击试验方法研究高空电磁脉冲传导环境下典型10kV油浸式配电变压器的响应特性与失效机理。结果表明,变压器击穿阈值分散性较大,相对雷电、操作过电压更容易受变压器生产工艺的影响,且发生击穿后会造成绝缘性能降级,击穿阈值降低50%左右;高空电磁脉冲传导环境下变压器内部绝缘击穿为纵绝缘击穿,主要发生在相引线与分接引线之间、分接开关各引线之间以及变压器绕组首端等位置。研究结果可为配电变压器在强电磁脉冲环境下的生存能力评估与加固技术提供参考。

关键词：高空电磁脉冲配电变压器瞬态响应脉冲电流注入纳秒脉冲

10 kV配电变压器高空电磁脉冲效应实验研究

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高电压技术 2023年第7期49卷 3119-3124页

作者：陈宇浩王宗扬王禹博周熠景龑谢彦召西安交通大学电力设备与电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网陕西省电力公司电力科学研究院西安710100

高空电磁脉冲具有场强幅值高、分布范围广、频谱范围宽等特点,可以通过广域分布的配电线缆耦合进入配电变压器,较大的电流变化率会在绕组中感应一定的匝间电压对变压器匝间甚至相间绝缘可能会造成威胁。因此,针对典型10 kV油浸式配电变... 详细信息

高空电磁脉冲具有场强幅值高、分布范围广、频谱范围宽等特点,可以通过广域分布的配电线缆耦合进入配电变压器,较大的电流变化率会在绕组中感应一定的匝间电压对变压器匝间甚至相间绝缘可能会造成威胁。因此,针对典型10 kV油浸式配电变压器和干式配电变压器开展电磁脉冲效应实验,对比分析其效应现象与阈值规律。搭建了可用于开展10 kV配电变压器运行状态电磁脉冲效应实验的研究平台,主要由10 kV真型配电系统和电磁脉冲注入系统两部分组成,可向10 kV配电变压器共模注入三相纳秒级脉冲电流。基于该实验平台,分别针对所研究的10 kV油浸式配电变压器和干式配电变压器开展系统不带电和系统带电运行状态下的对比效应实验并获取实验数据。结果表明,在该实验脉冲注入电流的幅值范围内,即三相脉冲注入电流最大峰值约为500 A,油浸式变压器和干式变压器均具有一定的抗电磁脉冲能力,实验中未发生故障效应。

关键词：高空电磁脉冲脉冲注入真型配电系统配电变压器运行状态易损性

基于机器学习的高空电磁脉冲环境快速计算方法

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计算机科学 2023年第S1期50卷 843-847页

作者：王锦锦程引会聂鑫刘政西北核技术研究所强脉冲辐射模拟与效应国家重点实验室西安710024

高空电磁脉冲环境计算为电磁脉冲效应技术研究和防护加固等提供环境基础。为了快速计算高空电磁脉冲环境参数及其分布,研究了一种物理计算方法与机器学习相结合的方法。该方法首先利用高空电磁脉冲的数值模拟方法计算出不同爆高、不同... 详细信息

高空电磁脉冲环境计算为电磁脉冲效应技术研究和防护加固等提供环境基础。为了快速计算高空电磁脉冲环境参数及其分布,研究了一种物理计算方法与机器学习相结合的方法。该方法首先利用高空电磁脉冲的数值模拟方法计算出不同爆高、不同γ当量、空间不同位置的高空电磁脉冲离散数据,再使用机器学习中的神经网络方法建立多参数快速计算模型,最后根据建立的快速计算模型,并行批量计算一定范围内任意不同爆高、不同当量、空间不同位置地面附近的高空电磁脉冲环境参数,并快速计算推导高空电磁脉冲在地面附近的场分布。结果表明,该方法在保证计算精度的同时,可以极大加快计算速度,可以为高空电磁脉冲传导环境计算提供所需的大量入射场参数。

关键词：高空电磁脉冲机器学习神经网络快速计算场分布

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高空电磁脉冲作用下埋地电缆的瞬态响应规律

高电压技术 2017年第9期43卷 3014-3020页

作者：刘青谢彦召西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安科技大学电气与控制工程学院西安710054

为研究埋地电缆对高空核爆电磁脉冲(HEMP)的响应规律,利用快速傅里叶变换和逆变换技术计算了地下电磁脉冲环境。将入射波的极化角、方位角和仰角作为一组随机变量,计算了入射波状态对响应电压、电流影响的统计规律,研究了大地参数和电... 详细信息

为研究埋地电缆对高空核爆电磁脉冲(HEMP)的响应规律,利用快速傅里叶变换和逆变换技术计算了地下电磁脉冲环境。将入射波的极化角、方位角和仰角作为一组随机变量,计算了入射波状态对响应电压、电流影响的统计规律,研究了大地参数和电缆状态对感应信号的影响规律。结果表明:入射角度在[0,π/2]范围内变化时,在相同的累积概率下,电缆末端响应幅值总大于首端响应幅值;电缆芯线电导率和绝缘层介电常数对感应电流基本无影响;电缆电压及电流响应幅值随大地介电常数和电导率的增大而减小;与HEMP早期分量的感应电流相比,中期分量的感应电流幅值仅为前者的0.1~0.2倍,但脉宽可达几百μs,大地电导率对中期分量的感应信号影响小。

关键词：高空电磁脉冲埋地电缆耦合 BLT方程累积概率密度

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高空电磁脉冲标准波形参数的时域确定方法

现代应用物理 2022年第2期13卷 96-101,120页

作者：马良程引会郭景海强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西北核技术研究所西安710024

对建立高空电磁脉冲标准波形的物理基础和数学方法进行了研究,通过对高空电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)电场计算波形特征的分析,选用倒双指数函数对计算波形进行拟合。以HEMP效应最严重为原则,建立表征HEMP效应... 详细信息

对建立高空电磁脉冲标准波形的物理基础和数学方法进行了研究,通过对高空电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)电场计算波形特征的分析,选用倒双指数函数对计算波形进行拟合。以HEMP效应最严重为原则,建立表征HEMP效应的响应参数与波形参数之间的关系,提出了基于时域波形电磁范数的HEMP标准波形确定方法。利用该方法对有限的17组HEMP电场波形计算数据进行了详细分析,与频域方法相比,采用时域方法获得的标准波形脉宽更宽,表明了时域方法的合理性。将频域方法和时域方法获得的参数进行综合,就可得到HEMP标准波形的理论值,该波形同时可满足各频点所包含的能量在所有HEMP电场波形中最大及HEMP效应最严重的要求。

关键词：高空电磁脉冲标准时域方法电磁范数倒双指数

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近地九芯电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验

强激光与粒子束 2004年第1期16卷 63-67页

作者：周启明罗学金许献国邓建红曹占峰王自元李小伟杨蓉中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900

　几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流(皮电流)、芯线感应电压(芯电压)、芯线感应电流(芯电流)以及环境场之间的关系;分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化,芯电压随负载电阻的... 详细信息

　几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流(皮电流)、芯线感应电压(芯电压)、芯线感应电流(芯电流)以及环境场之间的关系;分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化,芯电压随负载电阻的变化;基于皮电流振荡频率与电磁波传播速度的关系,提出了屏蔽层-大地"传输线"等效相对介电常数概念,给出了等效相对介电常数随电缆高度变化的拟合式;皮电流计算与测量结果在波形、振荡周期、衰减规律等方面有较好的一致性。

关键词：辐射波模拟器高空电磁脉冲近地电缆耦合等效相对介电常数

高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流的数值模拟

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强激光与粒子束 2003年第9期15卷 905-908页

作者：黄聪顺周启明中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621900

　用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟,得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律,部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较,它们间有较好的一... 详细信息

　用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟,得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律,部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较,它们间有较好的一致性。

关键词：高空电磁脉冲传输线皮电流数值模拟

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电力系统高空电磁脉冲效应研究综述

现代应用物理 2023年第3期14卷 12-27页

作者：秦锋陈伟毛从光聂鑫孙蓓云吴伟强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西北核技术研究所西安710024

国内外学者针对电力系统的高空电磁脉冲效应和易损性评估开展了大量研究,期望获得高空电磁脉冲环境下电力系统的生存能力底数,提高电力系统应对极端电磁环境的运行可靠性。综合国内外研究现状,介绍了高空电磁脉冲环境对电力系统的主要... 详细信息

国内外学者针对电力系统的高空电磁脉冲效应和易损性评估开展了大量研究,期望获得高空电磁脉冲环境下电力系统的生存能力底数,提高电力系统应对极端电磁环境的运行可靠性。综合国内外研究现状,介绍了高空电磁脉冲环境对电力系统的主要威胁特征,从试验方法和平台、关键节点仿真计算及效应阈值试验3个方面总结了电力系统关键设备电磁脉冲效应研究进展,阐述了现阶段易损性评估方法与电力系统高空电磁脉冲防御策略的主要特点。最后总结了目前研究中存在的问题,探讨了未来研究的主要方向。

关键词：电力系统高空电磁脉冲电磁脉冲效应易损性生存能力

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甚高频无线通信系统高空电磁脉冲易损性分析

现代应用物理 2022年第2期13卷 108-113,159页

作者：杜传报毛从光崔志同孙东阳吴伟陈伟吴志强考书婷强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西北核技术研究所西安710024 北京航天晨信科技公司北京102300

针对甚高频无线通信设备工作在高空电磁脉冲主要能量频谱范围内,生存能力受到严重威胁的问题,研究了甚高频无线通信系统的电磁脉冲易损特性,使用矩量法(method of moment,MoM)和CST软件分别求解了天线端口电流响应和舱体内耦合电场波形... 详细信息

针对甚高频无线通信设备工作在高空电磁脉冲主要能量频谱范围内,生存能力受到严重威胁的问题,研究了甚高频无线通信系统的电磁脉冲易损特性,使用矩量法(method of moment,MoM)和CST软件分别求解了天线端口电流响应和舱体内耦合电场波形,确定了主要耦合通道和脉冲辐照试验等级。分别开展了天线和主机脉冲辐照试验,发现了脉冲冲击射频前端造成电源模块故障的“间接效应”现象。通过效应机理分析,确定了故障器件和失效原因。最后给出了防护建议:使用旁路泄放和稳态滤波的组合防护设计思路进行防护优化,要求防护器后端残余电流小于10 A。

关键词：高空电磁脉冲甚高频无线通信易损性防护设计间接效应